污水廠混凝土結(jié)構(gòu)物裂縫問題分析和對策

張金河

（上海市水利工程集團(tuán)有限公司， 上海 201612）

1 工程分析

本文涉及的污水處理廠位于重慶兩江新區(qū)的茅溪河河道旁，地下水位較高。茅溪河上游起點為蔡家溝水庫，水庫出口為溢流型水壩，旱季無水進(jìn)入箱涵。但在5km后的箱涵出口，有大量黑臭水體進(jìn)入河道，箱涵日均水量約為1.18～1.32萬噸/d之間。全部截留后茅溪河下游河道將發(fā)生斷流情況，所以必須要在箱涵出口新建水質(zhì)凈化站處理部分污水，用來保證下游的生態(tài)基流的水量。本工程生態(tài)基礎(chǔ)流量取多年平均天然徑流量的20%，茅溪河干流生態(tài)基流量為0.26萬m3/d。水質(zhì)凈化站的規(guī)模應(yīng)滿足茅溪河干流生態(tài)基流量（0.26萬m3/d），將規(guī)模定為0.30萬m3/d，截留處理唐家沱污水廠C線干管的部分污水。根據(jù)現(xiàn)場實際條件及環(huán)評要求，茅溪河水質(zhì)站采用廠站一體形式，在臨河邊坡開挖后建設(shè)污水綜合處理池。設(shè)計混凝土強(qiáng)度等級C30S6F150，鋼筋采用HRB400，綜合池底板厚400mm～800mm，外池壁厚300mm～500mm，外池壁外側(cè)每隔5m～6m用扶壁柱加強(qiáng)，柱高7m，柱頂截面350mm*700mm，柱底截面 350mm*1300mm。污水處理池采用補(bǔ)償收縮混凝土，在池的縱、橫向中部各設(shè)置一條后澆帶，寬度為1.2m。后澆帶兩側(cè)結(jié)構(gòu)屬超長結(jié)構(gòu)。通過對水池不同部位的詳細(xì)劃分,細(xì)化混凝土配合比設(shè)計，精心組織施工來達(dá)到設(shè)計的目的，降低造價。

當(dāng)水廠處理池混凝土竣工投入使用后，池壁出現(xiàn)垂直裂縫，但未發(fā)生滲水。根據(jù)檢測分析，綜合處理池東側(cè)外壁全長48m，裂縫間隔1～7m，平均間距4.5m，裂縫寬度0.02～0.5mm，地面以上裂縫高度3.0～7.0 m，綜合處理池外壁有多條豎向裂縫，其中含少數(shù)斜向裂縫，裂縫間隔1.0～8.0 m，平均間距4.00m～5.00m，裂縫寬度0.10～0.80mm，地面以上裂縫高度3.0～7.0m。上述裂縫共計34條，其中裂縫寬度大于0.20 mm的16條，占裂縫總數(shù)的40%。

圖1 水池裂變情況

2 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的原因分析

混凝土是一種脆性材料,由粗細(xì)骨料、水泥石以及存留在其中的氣體和水組成，在溫度和濕度變化的條件下，硬化過程中產(chǎn)生體積變形，各種材質(zhì)變形系數(shù)不一樣,相互約束產(chǎn)生變形應(yīng)力,造成在骨料與水泥石結(jié)合面或水泥石本身之間出現(xiàn)的裂縫，這種裂縫分布既不規(guī)則，也不連貫,但在外力作用或者溫差、干縮等情況下,裂縫會擴(kuò)展或者相互貫通,成為寬度約為0.02～0.2 mm的裂縫。特點是垂直裂縫較多,水平裂縫很少,裂縫寬度在0.03 ～ 0.08mm范圍內(nèi),裂縫長短不一，多數(shù)內(nèi)外不相貫通，處理困難。

2.1 溫度裂縫

溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面，或溫度差異比較大的地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)中，他的走向沒有一個大致的規(guī)律。綜合污水處理池為露天結(jié)構(gòu)，在自然條件下，長期受到溫差變化的影響。出現(xiàn)這種情況大多是由于較大的溫差導(dǎo)致。特別注意的是混凝土在凝結(jié)和硬化的這個時間，水泥和水分子產(chǎn)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，并且釋放出水化熱，使它的內(nèi)部溫度上升，而混凝土表面的散熱較快，使得混凝土的表面和內(nèi)部溫差很大，從而產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力。而混凝土的早期抗拉強(qiáng)度和彈性模量都很低，故而形成表混凝土面裂縫，此種混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗?jié)B能力等。

2.2 收縮裂縫

由于混凝土流動性不足或流動性過大，在硬化前未壓實或壓實不足或不規(guī)則都會產(chǎn)生裂縫。這種裂縫在澆筑施工后的1～4h出現(xiàn)，混凝土在塑性階段，幾乎沒有抵抗力,受高溫風(fēng)力的影響，混凝土表面失水過快，產(chǎn)生較大的負(fù)壓而使混凝土體積急劇收縮，此時，混凝土的強(qiáng)度不能承受其自身的收縮，因此出現(xiàn)裂縫[1-2]。

2.3 腐蝕裂縫

腐蝕裂縫在實際工程中常被忽視。其出現(xiàn)的原因是氯離子的滲入或混凝土的炭化，使混凝土脫離引起深度腐蝕，進(jìn)而引發(fā)其他類型的裂縫，使水池的阻力降低和損壞。對于污水處理池，這種腐蝕性流體的來源可能是待處理的污水，也可能是地下土壤或地下水。根據(jù)地質(zhì)資料顯示，該目的地的污水和地下土壤具有很強(qiáng)的腐蝕性，詳見表去。在設(shè)計期間，污水池結(jié)構(gòu)的耐久性將是一個非常大的考驗。

表1 地下水的腐蝕性分析

3 混凝土裂縫防治技術(shù)及措施

3.1 避免高溫季施工

根據(jù)自然氣候條件,合理安排作業(yè)時間,避免溫差帶來的不利因素澆筑混凝土前應(yīng)將模板澆水濕透，避免吸收混凝土中水分。根據(jù)上年本市的氣象資料，6-9月間平均氣溫20°C～34°C，而11月一2月期間平均氣溫為7°C～15°C，因此安排在11月至次年2月份施工是合適的，這個時間段施工池壁比高溫季節(jié)施工將減少氣溫差13°C～19°C，能有效的減少溫差導(dǎo)致的變形，這對于池壁砼施工時滿足內(nèi)表溫差≤25°C的溫控指標(biāo)所起到的作用是很大的。盡量選用低熱或中熱水泥，如礦渣水泥、粉煤灰水泥等，最大限度降低溫凝土的入模溫度。混凝土澆筑后，應(yīng)及時保溫覆蓋,認(rèn)真養(yǎng)護(hù),防止干風(fēng)吹襲,烈日曝曬,控制和延長養(yǎng)護(hù)期，確保混凝土表面溫度緩慢冷卻。

圖2 年平均高溫與低溫

3.2 裂縫處理

池壁原設(shè)計結(jié)構(gòu)自密封，池壁外部回填粘土壓實。裂縫是結(jié)構(gòu)防水的薄弱環(huán)節(jié)。通過裂縫處理，現(xiàn)場混凝土達(dá)到設(shè)計防水等級S6的要求。裂縫寬且內(nèi)外貫穿其結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度降低，耐久性、完整性降低。 對裂峰進(jìn)行處理，彌補(bǔ)強(qiáng)度損失，提高耐久性[3-5]。對池壁上大于0.1mm的裂縫，采用壓力灌漿處理。灌漿材料可采用水泥砂漿(3 mm以上裂縫)和水泥漿(3 mm以下裂縫)。嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法，它通常是沿裂縫鑿槽，在槽中嵌填止水材料，以達(dá)到封閉裂縫的目的。工藝流程:裂縫部位開槽、清理松動部分，開槽見施工見圖3，將裂縫處混凝土表面打毛、清刷干凈，澆水濕潤。灌漿嘴沿裂縫向每隔500mm左右布置，其埋入墻體深度稍＞50mm，以“V”字槽嵌縫不堵塞孔口為宜。灌漿嘴的嵌塞工作先使嘴子與墻體固結(jié)，再進(jìn)行封閉、填滿“V"槽，表面抹光表面。

圖3 基層處理及灌漿嘴埋設(shè)示意圍(mm)

灌漿壓力為0.3～0.5Mpa，自下而上連續(xù)灌漿，內(nèi)外同時進(jìn)行灌漿施工。每個孔口分兩階段制作，第一階段使用0.3 MPa的壓力填充大空洞和孔腺填滿，第二階段使用0.5MPa的壓力來填充空隙，需要連續(xù)進(jìn)行兩個階段，以避免灌漿固化并造成堵塞。當(dāng)灌漿嘴溢槳時，用木塞堵住，然后灌漿嘴保持0.5MPa的恒壓約5分鐘。這一點完成后轉(zhuǎn)下一個關(guān)節(jié)孔進(jìn)行。同一裂縫的接縫工作必須連續(xù)進(jìn)行。為提高此處結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性，待灌漿結(jié)束7個工作日后在裂縫處掛網(wǎng)涂刷。裂縫處理完成后，繼續(xù)對池壁第二施工層和頂蓋的鋼筋混凝土進(jìn)行施工、經(jīng)蓄水試驗和池壁結(jié)構(gòu)裂縫觀察，除池壁小面積有水痕外，裂繼處無滲漏現(xiàn)象，說明裂縫發(fā)展已趨穩(wěn)定，同時也說明裂縫處理方案是可行的。

4 結(jié)束語

污水處理廠的水池作為該廠的核心結(jié)構(gòu)，應(yīng)具有高強(qiáng)度、防水防滲性、以及能夠在長期使用中保持耐久的水密性、抗腐性和抗凍性。在污水處理池的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要對所有相關(guān)條件因素進(jìn)行深入研究，因地制宜采取相應(yīng)的設(shè)計方案，以滿足大型污水處理廠的用水需求。